坦克动力性计算与分析姓名：刘XX班级：0313XXXX学号：******XXXX指导老师：胡XX学院：机械与车辆学院2016年5月2日星期一已知一、已知条件：1.发动机外特性表1 发动机的外特性数据排气装置的功率损失在合理的范围内自己选取。

2.传动简图：齿轮啮合次数4-6次。

（自己选取）。

3.各挡传动比：前传动比：i q=0.68；变速箱传动比：i b1=8.353 i b2=4.583 i b3=3.213 i b4=2.245i b5=1.595 i b6=1；侧传动传动比：i c=5.387。

4.车重：战斗全重时质量M=50吨。

5.履带中心距：B=2.79m 主动轮半径：r z=0.318m。

6.主离合器的储备系数为β=2.0。

7.坦克高（地面至炮塔顶）：2.19m 空气阻力系数：C D=0.5。

8.各挡9.二挡最大扭矩点的转速，并假设起步挡离合器分离时的质量增加系数为1.2。

不考虑其他挡位的加速第一阶段。

10.液力变矩器二、作业要求1、根据已知条件绘制发动机的外特性曲线。

2、根据已知条件做出该坦克纯机械挡动力特性曲线。

3、绘制该坦克的1/a-v曲线，并根据在良好路面上0~32km的加速时间对其加速性做出评价。

4、将该坦克传动方案改为液力传动方案并完成液力传动动力特性曲线。

5、将该坦克传动方案改为机电复合传动方案并完成机电复合传动动力特性曲线。

电机的参数自行选择，电机安装方案自行选择，电机功率200kW。

计算过程发动机外特性曲线根据已知选取的发动机外特性的工作点，可以做出发动机的外特新曲线。

如下图所示（matlab 作图，程序见附件1、2）其中图一为未拟合的图线，图二为经过圆滑拟合的曲线图一未拟合的发动机外特性曲线图二拟合过的发动机外特性曲线评价发动机1.由外特性曲线可以得到，T fmax=4754Nm, T fp=3882Nm,适应性系数：K=T fmaxT fp =47543882=1.22,说明发动机的性能较高，有较大的转矩范围。

2.工作转速范围：d g=n fpn fT=23001400=1.64工作转速范围不大，但满足工作需求（d g=1.5~2）。

3.稳定转速范围：d w=n fpn fmin=2300600=3.83同样满足工作需求（d w=3~6）。

坦克纯机械挡动力特性曲线1.车辆纯机械传动简图如图所示：（图三传动简图）2.各传动部分的传动比1）前传动比：iq=0.68；2）变速箱传动比：ib1=8.353 ib2=4.583 ib3=3.213 ib4=2.245 ib5=1.595 ib6=1；3）侧传动传动比：ic=5.387。

啮合次数：n=1+3+1+1=6,啮合次数取6.3.传动系统的功率损失及效率1）动力装置最大功率点时发动机风扇损失功率Ps=116 kW。

最大功率点时P f=935kW,认为发动机始终工作在最大功率点，此时风扇的效率为：ηf=1−116935=0.876；空气滤清器效率选为ηk=0.97；排气装置的功率损失ηp=0.98。

综上，动力装置的传动效率ηd=ηfηkηp=0.876×0.97×0.98=0.8332)传动装置的效率传动装置的传动效率与齿轮的摩擦损失、轴承摩擦以及湿式离合器的带排损失有关，但我们将其总结为受齿轮啮合次数的影响。

所以ηcℎ=ηyz n其中，ηyz=0.97，n=6,所以ηcℎ=0.976=0.8333）行动装置的效率行动装置的功率损失包括履带的履带销与筒的摩擦、负重轮轮胎由于迟滞特性差生的损失、冲击损失以及轴承损失。

我们认为传动装置的效率与车辆行驶速度相关，采用经验公式ηx= 0.95−0.0017·υ，坦克的行驶速度范围为0~70km/h,所以ηx=0.83~0.95，在此为简化计算，认为行动装置的效率为一定值ηx=0.90。

4.车速计算υa=0.377n·r z i q i g i c其中，r z=0.318m，n为发动机转速.所以车速与发动机转速。

（图4 车速与发动机转速的关系）5.计算牵引力F j=3600P fηv a式中，P f根据表中的取值可以得出；η=ηdηcℎηx=0.833×0.833×0.90=0.6245计算牵引力的另一个公式F j=T fiηr z计算结果相同。

（图5 不同档位下的计算牵引力）6.不同车速下的空气阻力空气阻力包括压力阻力和摩擦阻力，其中压力阻力占主要。

压力阻力包括：形状阻力（58%），干扰阻力（14%），内循环阻力（12%），和诱导阻力（7%）。

计算公式：R k=C D Av221.15其中C D为空气阻力系数，取0.50；A为坦克迎风面积，计算A=Bh=2.79*2.19=6.11m2。

v为车速，单位km/h。

7.计算动力因数动力因数的计算公式为：D=F j−R k GgG为坦克车重，取50t；g为重力加速度，取9.8。

可以得到动力特性曲线如下图：（图6 车辆的动力特性曲线）8.动力特性评价各档下的动力因数：（表1）1）对于一档，0.6≤D1max1max2）最高档，应该满足D6min>f0=0.045，f0=0.045为坦克行驶最优路面的滚动阻力系数；该车辆D6min=0.0553，所以道路适应能力较强。

3）二挡为获得较好的起步性，或者可以在较为恶略的路面二挡起步，应满足D2≥（0.25~0.3），由上表可知，该车满足，故在二挡可以得到较好的起步性。

4）在垂直方向上，各档曲线的的距离较小，使得坦克在部分地面阻力系数的路段上只能以低速挡通过，从而增大坦克的适应性以及提高平均车速。

水平方向上，各档曲线有重合，且重合量较大，便于换挡。

坦克的加速性计算与评价1.加速度公式取：a=gσ（D−f0）式中，g 为重力加速度，g=9.8m/s 2；σ为各挡离合器结合时质量增加系数，取值如下（表2）：D 为动力因数，f 0为道路的阻力系数，因为是良好路面，所以取值f 0=0.045（干实土路）。

所以1a =σg(D −f 0) 得到如图所示图线：（图7 坦克的1/a -v 图线（6个档位））因为6挡的加速度较小，所以6挡1/a 曲线与其他档位曲线相距较远，故在下图中省略6挡。

（图8 坦克的1/a -v 图线（5个档位））2.0-32km/h加速时间的计算（图9 截取的在0-32km/h加速段内的曲线）根据作业要求9的叙述：二挡起步，起步挡加速第一阶段末的发动机转速为其最大扭矩点的转速，并假设起步挡离合器分离时的质量增加系数为1.2。

不考虑其他挡位的加速第一阶段。

可以得出：二挡直接起步，考虑二挡的加速第一阶段。

二挡起步加速第一阶段的加速度为：a=gσf(βD2max−f0),其中D2max=0.32，σf=1.2，β= 2.0.所以第一阶段为匀加速阶段，加速度大小为a=4.86m/s2.第一阶段末的车速为：υa=0.377n·r z i q i g i c其中n=1400r/min,ig=4.583所以v=10km/h所以t1=v3.6a=0.57s已知对曲线进行积分可得到加速时间计算公式：t=∫1 av2v1dv由上图可知加速阶段可以分为四个阶段，t1: 0<v<10; t2: 10<v<16.3; t3: 16.3<v<23.43; t4: 23.43<v<32.积分是也选用这四段对函数进行积分。

经计算加速时间为：t1=0.57s; t2=4.58s; t3=6.95s; t4=12.04s; 加速总时间为t=（t1+t2+t3+t4）/3.6=24.14/3.6=6.706s。

加速过程：（0~10km/h加速过程为匀加速）（图10 二挡起步加速过程）评价：对坦克加速性的要求是0-32km/h的加速时间不得大于10s，显然该坦克的加速性能很好。

液力传动及其动力特性（图11 液力机械式双流传动简图）根据作业要求，需要将坦克机械传动改为液力传动。

（图12 变矩器的原始特性）改动方案：使用液力变矩器替代原机械传动中的主离合器的位置，即可得到六档液力机械式传动装置：（图11）（图13 改进后的传动方案）液力变矩器为正透穿性，所以需要确定发动机与液力变矩器共同工作的输入特性图。

1．输入特性图循环圆的有效直径D=490mm,工作油重度γ=8750N/m3.1）选择典型工况点。

（表3）i Kλ×106（min2/r2·m）η0.0000 2.5944 2.8643 0.00000.2000 2.2166 2.7853 0.44330.5000 1.6219 2.5982 0.81090.6500 1.3253 2.4184 0.86140.7000 1.2269 2.3326 0.85880.8000 1.0285 2.0939 0.82280.9000 0.9757 1.3011 0.87810.9900 0.9849 0.2723 0.97502）作泵轮的负荷抛物线及发动机的外特性曲线对于坦克装甲车辆，为了缩小尺寸和减轻质量，希望以较小尺寸的液力变矩器来传递大功率柴油机的最大净功率。

因此，在发动机与液力变矩器之间加入前传动箱，采用增速传动，提高变矩器泵轮的转速。

泵轮转矩：T p=γλp n p2D5前传动iq=0.68;得到对应变速比i下的泵轮转速np以及对应的转矩Tp：（表4）（表3）由于在i=1时，λ值太小，所以未能找到与发动机外特性曲线的交点，故省略该点作图。

（图14 输入特性）2.输出特性图根据选定工况的点，计算输出轴上的参数：n T=in pT T=KT pP T=n T T T=iKn p T p将上述结果以n为横坐标，T、P为纵坐标，绘制输出特性图。

（图15 涡轮的输出特性曲线（未拟合））（图16 涡轮的输出特性曲线（拟合））3.动力性计算车速：v a=0.377rn Ti′牵引力：F t=T t i′ηTr式中：i′—液力变矩器之后传动装置的传动比；ηT为液力变矩器之后传动装置的传动效率ηT=ηxηcℎ=0.75。

得到坦克驱动力图：（图17 车辆计算牵引力与车速的关系）动力特性曲线：（图18 车辆动力特性曲线）动力性评价：特性曲线中，由于液力变矩器的加入，使得Dmax增大为原来的大约3.3倍。

但由于地面所能提供的最大附着系数仅为0.8，所以1、2挡较大的传动比造成较大的浪费。

所以，在使用该型液力变矩器时，齿轮传动箱的大小可以缩小为原来的1/3，且动力性更加优良。

在此，设计gearbox的传动比为ig1=3.7，ig2=3.2, ig3=2.6, ig4=2.1, ig5=1.6, ig6=0.8，再进行该坦克的动力特性曲线绘制：（图19 减小变速箱传动比之后的动力特性曲线）动力因数D 如下表所示：（表4）机电混合传动及其动力特性计算1.混合动力驱动形式的分类根据混合动力的驱动的连接方式，混合动力主要分为以下几类：（1）串联式混合动力(Series Hybrid)顾名思义，这种连接方式的混合动力车型，其驱动的动力源之间是一种串联关系，只能通过单条线路进行动力输出。